第一情报 ---信息产业

5G频谱推荐白皮书(二):5G频谱需求的应用驱动

1、引言
 
对于下一代移动通信系统的新增或其他可选能力,很多因素将会导致其对于更多授权型无线频谱资源或共享型频谱接入的需求。这些因素总体上包括技术进步、各类新兴应用的“涌”现以及无线业务用户需求的增长。
 
技术进步(例如宽带载波技术的商用可行性)在过去引发了移动通信无线接入网络对于越来越多无线频谱资源的需求。各类新兴应用的“涌”现(例如移动视频业务)也持续地推动着具有更高连接速率甚至可采取更大物理带宽信道的新兴空口技术的设计。此外,无线业务用户需求的增长也给移动通信无线接入网络的扩容升级带来压力,需通过采取接入更多可用频谱资源的方式来缓解无线网络拥塞。
 
以下重点阐述各类新兴应用的“涌”现所驱动的5G移动通信系统需求(对于无线频谱资源产生新的需求)。
 
2、对5G移动通信应用需求的总结
 
全球移动通信行业对未来的第五代移动通信系统展望了很多种的应用/业务形式。其中既包括对于现有一些第四代移动通信系统应用场景的增强,还更多地包括了一些新兴的应用,比如:4K超高清晰度视频、8K超高清晰度视频、VR(Virtual Reality,虚拟现实)、AR(Augmented Reality,增强现实)、移动游戏、IoT(物联网)、可穿戴设备应用、紧急任务应用(面向垂直行业与商业领域)。总体看来,ITU-R(国际电信联盟无线电通信局)于2015年7月确定了5G的三大主要应用场景(1)增强型移动宽带;(2)超高可靠与低延迟的通信;(3)大规模机器类通信。
 
上述应用类型均有其独特的技术需求,从而需要设计具有足够能力的5G移动通信空口来予以满足,同时指配足够用的无线频谱资源。其中,诸如4K/8K超高清晰度视频等应用对于超高的无线连接速率有着很大的需求,而其他应用则对非常强健的网络性能以及无线接入网络的覆盖广度有着很大需求。
 
重要应用类型及其对未来第五代移动通信无线接入网空口设计与无线频谱资源的需求情况如下所述:
 
(1)增强型移动宽带应用
 
①4K超高清晰度视频、8K超高清晰度视频与三维立体视频(其中包括广播服务)。高标准要求:超高的无线链路传输速率、低延迟/时延(实时视频)。
 
②虚拟现实服务。高标准要求:超高的无线链路传输速率、低延迟/时延。
 
③增强现实服务。高标准要求:超高的无线链路传输速率、低延迟/时延。
 
④触觉互联网。高标准要求:低延迟/时延。
 
⑤云游戏服务。高标准要求:超高的无线链路传输速率、低延迟/时延。
 
⑥移动宽带信息服务。高标准要求:超高的无线链路传输速率、短传输距离。
 
⑦交通工具(小汽车、公交车、火车、机场等)无线信息服务。高标准要求:超高的无线链路传输速率、由短到长的传输距离、可支持由低到高的多普勒环境。
 
(2)超高可靠与低延迟的通信应用
 
①工业生产自动化。高标准要求:超高可靠的无线接入链路、高的无线链路传输速率、低或极低的延迟/时延、由短到长的传输距离、可运行于杂波(无线干扰较多且可能较大)的环境之中。
 
②紧急任务应用(比如移动医疗、有害环境、灾难救援任务等)。高标准要求:超高可靠的无线接入链路、高的无线链路传输速率、低或极低的延迟/时延、由短到长的传输距离、可运行于杂波(无线干扰较多且可能较大)的环境之中、对地面及其他障碍物有很好的无线电波穿透能力。
 
③自动驾驶汽车。高标准要求:超高可靠的无线接入链路、高的无线链路传输速率、低或极低的延迟/时延、由短到长的传输距离、可运行于杂波(无线干扰较多且可能较大)的环境之中、可在快速移动的情况下正常运行。
 
(3)大规模机器类通信应用
 
①智慧家庭。高标准要求:可运行于杂波(无线干扰较多且可能较大)的环境之中、可穿透墙壁与楼层等障碍物。
 
②智慧办公。高标准要求:可运行于杂波(无线干扰较多且可能较大)的环境之中、可穿透墙壁与楼层等障碍物、超高可靠的无线接入链路。
 
③智慧城市。高标准要求:由短到长的传输距离、可运行于杂波(无线干扰较多且可能较大)的环境之中、可在快速移动的情况下正常运行、高可靠的无线接入链路、对地面及其他障碍物有很好的无线电波穿透能力。
 
④垂直行业或商业用无线传感器。高标准要求:由短到长的传输距离、可运行于杂波(无线干扰较多且可能较大)的环境之中、可在快速移动的情况下正常运行、对地面及其他障碍物有很好的无线电波穿透能力、可组成网状无线网络。
 
此处值得一提的是,上述某些应用的需求可以由现有第四代移动通信系统的后续演进及已有无线频谱资源来满足,而第五代移动通信系统则可提供额外的能力使这些应用具备更好的用户体验潜质。因此,就需要进一步地提前考虑这些应用对于无线频谱资源的需求问题,具体如下文所述。
 
3、对于无线频谱资源需求的主要影响
 
1)相关影响
 
上文第2部分所述的重要应用类型,不仅将对未来第五代移动通信无线接入网空口设计产生潜在的重大影响,更为相关的是,也将对其实现最优化运营所需的无线频谱资源类型及数量(物理频宽)产生潜在的重大影响。
 
其对所需无线频谱资源物理频宽的影响方面,比如,超高无线链路传输速率(数Gbps级别)可以潜在地通过采取超宽载波带宽(几百MHz带宽甚至更大)来实现。其中一个很形象的示例为:使用具有数Gbps传输速率的高带宽无线信道来下载一段4K/8K超高清晰度视频,可实现在几秒钟之内全部完成。
 
其对所需需无线频谱资源类型的影响方面,主要在于面向各类紧急任务应用(比如公共安全)的超高可靠无线移动通信。这此类应用场景中,往往需要无线电波能够很好的穿透地面及其他障碍物并实现泛在的网络覆盖,从而就需要选用无线传播特性优良的低端物理频段——比如位于UHF(超高频)低端的频段。
 
综上,就很有必要在应用类型及所需无线频谱资源之间形成一个相应的映射。而其中的“桥梁”就在于每个应用的“高标准需求”,具体情况如下所述:
 
(1)超高的无线链路传输速率。为达到此目标,移动通信无线接入网络需具备超宽物理频段的无线信道(比如500 MHz),而移动前传及回传网络也应具备数Gbps的传输速率。
 
(2)高的无线链路传输速率。为达到此目标,移动通信无线接入网络需具备宽物理频段的无线信道(比如100 MHz),而移动前传及回传网络也应具备Gbps级别的传输速率。
 
(3)可支持在高多普勒环境中的正常运行。为达到此目标,对无线频谱资源的需求要根据具体的数据吞吐量需求来定。
 
(4)超低延迟/时延。短传输距离影响。
 
(5)低延迟/时延。短、长传输距离影响。
 
(6)超高可靠的无线接入链路。在高/超高频段(比如毫米波频段),室外覆盖场景下,雨衰及其他大气衰减现象很严重。
 
(7)短距离传输。为达到此目标,需采取高/超高频段(比如毫米波频段)。
 
(8)长距离传输。为达到此目标,需采取较低频段(比如低于3 GHz频点的物理频段)。
 
(9)对地面及其他障碍物的良好渗透。为达到此目标,需采取低频段(比如低于1 GHz频点的物理频段)。
 
(10)可正常地运行于杂波(无线干扰较多且可能较大)的环境之中。为达到此目标,需考虑低频段的电波散射效应及高频段的电波反射效应。
 
(11)可正常地运行于快速移动的无线环境之中。为达到此目标,需规避频率选择性衰落的无线信道。
 
(12)可进行网状无线网络组网。为达到此目标,需部署可运行于带内或者带外的高速分布式移动前传系统。
 
2)实际部署环境中的相关问题及解决方案
 
蜂窝移动通信网络并非是以“孤岛”的方式运行。运行于相邻频段的无线电系统与业务可能会影响到蜂窝移动通信系统的性能。从而,对于某项移动通信应用/业务,达到一定程度的保证性能所需的无线频谱资源物理带宽总量,也与来自临近信道的干扰因素有关。
 
除了临近信道的无线电系统及业务,在很多不同的地理区域的移动通信市场,可能还存在多个移动通信基础网络运营商。这种多运营商市场竞争环境会带来两大影响:
 
首先,各国通信监管部门需要为多张移动通信无线接入网的建设提供足够的无线频谱资源;
 
其次,在某些情况之下,尤其是在非同步的TDD(时分双工)网络之中,其他移动通信基础网络运营商可能会产生系统间无线干扰,从而影响到每张移动通信无线接入网络的性能。临近蜂窝移动通信网络(包括非同步TDD网络)正常工作所需的隔离频段,应该予以重点考虑。
 
为解决上述问题,一种解决方式为:在各移动通信基础网络运营商网络之间、在移动通信无线接入网络与其他无线电系统之间设置一定的隔离频带。
 
综上,更为仔细的频谱资源预估就需要考虑为相邻无线电系统提供适当隔离频带的需求。
 
3)频谱复用与重耕问题
 
现代蜂窝移动通信系统原生地具有较高的无线频谱资源利用效率,这是因为,不仅可以在不同的区域(小区)来复用相同的物理频段,而且还在每张无线接入网络内采取可提高无线频谱资源利用效率的空口技术。然而,出于对系统内无线干扰及系统间无线干扰的考虑,有时就有必要在相邻的无线接入网络内使用额外的物理频段,即重复使用更多的无线频谱资源,来为用户提供更好的网络覆盖、质量与容量。此外,当预估未来第五代移动通信无线接入网络所需的无线频谱资源总量时,也应考虑以额外新增物理频段的方式来对网络性能进行优化。
 
4)无线接口的能力问题
 
无线接口设计方面的技术进步(包括新兴天线技术、新兴高谱效射频调制技术、新兴多址接入机制等)不断地推动着移动通信无线接入网络的信道容量理论数值无限地接近于Shannon Theorem(香农极限理论)。然而,对多天线技术(比如大规模天线阵列技术、多维波束赋形技术等)的采用是提高无线频谱资源利用效率的方式之一,有望被应用于未来的第五代移动通信无线接入网络。5G无线接口的无线频谱资源利用效率也应被考虑进5G的无线频谱资源需求之中。
 
 
参考文献:
 
[1] 4G Americas. 5G Spectrum Recommendations [EB/OL].
http://www.4gamericas.org/files/6514/3930/9262/4G_Americas_5G_Spectrum_Recommendations_White_Paper.pdf, 2015-08-11.
 
本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员

万方数字化期刊中相关文章
团聚对中温固体氧化物燃料电池电解质Sm0.15Gd0.05Ce0.8O1.9致密化的影响
作者:罗丹|骆仲泱|余春江|
刊名:无机材料学报
年:2007
卷:22
期:6
摘要:采用乙二胺四乙酸(EDTA)-硝酸盐、溶胶-凝胶低温自蔓延燃烧法合成了Sm0.15Gd0.05Ce0.8O1.9(SGDC)纳米粉体,研究了以不同分散方式和分散时间制备的SGDC在各种烧结温度下的致密化行为.为更好地考察团聚对SGDC致密化的影响,本实验引入团聚体系数(Coagulation factor)来具体表征和量化纳米SGDC的团聚程度.结果表明:团聚在烧结过程中,严重阻碍和抑制了SGDC的致密化;在同一烧结温度下,团聚体系数较低的固溶体具有更高的烧结致密度.通过高剪切乳化分散后,SGDC的团聚体系数为1.04时,烧结致密化温度可降低至1300℃.这个温度比以前文献中所报道的1400~1600 ℃的烧结温度要低得多.通过对团聚的控制,显著改善了SGDC电解质的烧结性能.

注册成为正式用户,登陆后,获得更多阅读功能与服务!
转载本文需经本平台书面授权,并注明出处:上海情报服务平台www.istis.sh.cn
了解更多信息,请联系我们

§ 请为这篇文章打分(5分为最好)